电解一车间机械密封基础知识(一)

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1、机械密封的基础知识（一）,精炼厂电解一车间 主讲人：郑廷海 2016年1月15日,序 言,机械密封最早于1885年在英国发明并获得专利，首先获得应用是在20世纪20年代的冷冻机装置上，同时出现了研究和生产机械密封的专业公司（英国的Crane公司、德国的Pacific公司等）。 我国在20世纪60年代才相继出现研究和生产机械密封的专业机构（天津克兰），目前已有四十年历史，在普通机械密封领域技术及产品日趋成熟，大部分地方已能替代进口产品，性能接近国外产品。目前国内具有规模的研究、生产厂家已有十余个，并在高参数密封及新技术方面取得一定突破。 机械密封广泛用于石油、化工、冶金、煤炭、食品、医疗、电力、

2、纺织、环保等诸多领域。 机械密封具有性能好、使用寿命长、运转可靠等特点，是现代企业流体输送机械应用最广、最有前途的密封形式，对于减少环境污染、节约能源具有重大意义。,目 录,一、机械密封原理 二、机械密封的基本零件 三、机械密封用材料 四、机械密封的安装和使用 五、机械密封辅助系统 六、机械密封性能的影响因素 七、典型泵的密封 八、机械密封故障分析 九、补充内容,一、机械密封原理,（一）定义 （二）组成 （三）密封机理 （四）辅助设施 （五）机械密封的种类 （六）旋转式和静止式机械密封 （七）内装式和外装式机械密封 （八）内流式和外流式机械密封 （九）多弹簧和单弹簧机械密封 （十）平衡型和非平

3、衡型机械密封,（一）对摩擦副密封环的要求 （二）摩擦副匹配要考虑的因素 （三）密封端面宽度 （四）密封环的主要技术要求 （五）动环（旋转环） （六）静环（不旋转） （七）密封环的种类 （八）整体式密封环,二、机械密封的基本零件,（一）摩擦副材料要求 （二）制造摩擦副的常用材料 （三）碳石墨 （四）硬质合金WC （五）SiC陶瓷 （六）Al2O3 陶瓷及其它陶瓷介绍 （七）表面堆焊硬质合金 （八）作摩擦副的金属材料 （九）填充聚四氟乙烯 （十）辅助密封圈材料要求,三、机械密封用材料,（一）安装机封的泵的技术要求 （二）安装密封前要了解泵及介质情况 （三）机械密封的安装 （四）泵的抽空和汽蚀,四、

4、机械密封的安装和使用,2019/1/17,9,一、机械密封原理,一、,（一）定义（图1-1）,图1-1 机械密封基本结构（旋转式）,1弹簧座 ； 2紧定螺钉； 3弹簧； 4 推环； 5 补偿环辅助密封圈 ； 6补偿环； 7非补偿环； 8 非补偿环密封圈； 9防转销,泄漏点1,泄漏点2,泄漏点3,泄漏点4,密封腔,端盖,2019/1/17,10,机械密封是一种用于旋转流体机械的轴封装置。（用 于离心泵、离心机、反应釜、压缩机等设备，轴和设备腔 体间存在一个圆周间隙，设备介质从中泄漏，因此必须设 一道阻漏装置。因机械密封具有泄漏少、寿命长等优点， 成为了主要的轴密封方式，又叫端面密封。） 在国家有

5、关标准中的定义：由至少一对垂直于旋转轴 线的端面组成,在流体压力及补偿机构弹力(或磁力)共同作 用下，以及辅助密封圈的配合下， 该对端面保持贴合并相 对滑动，而构成的防止流体泄漏的装置。,2019/1/17,11,1、 密封端面：动环、静环摩擦副 2、 缓冲补偿机构：由弹性元件（圆柱弹簧、圆锥弹簧、 波片弹簧、波纹管等）构成。（使贴合） 3、 辅助密封圈：包括动环密封圈、静环密封圈等，有各 种形式：如O型圈、V型圈、楔形圈等,（二）组成,2019/1/17,12,1、 4个密封点（亦称4个泄漏点，如图1-1） 泄漏点1摩擦端面泄漏点，依靠弹力和介质压力保持贴和； （动密封点,两个摩擦副之间有相

6、对转动） 泄漏点2 补偿环密封圈，依靠密封圈的过盈量实现密封； （静密封点，密封圈与轴或轴套之间有微动） 泄漏点3 非补偿环密封圈，依靠密封圈的过盈量实现密封； （静密封点，密封圈与相配合件之间相对静止） 泄漏点4 压盖与腔体间的密封圈，依靠密封圈的过盈量实密封； （静密封点，密封圈与相配合件之间相对静止）,（三）密封机理,13,一、机械密封机理,一、,（一）示意图（图1-1）,图1-1 机械密封基本结构（旋转式）,1弹簧座 ； 2紧定螺钉； 3弹簧； 4 推环； 5 补偿环辅助密封圈 ； 6补偿环； 7非补偿环； 8 非补偿环密封圈； 9防转销,泄漏点1,泄漏点2,泄漏点3,泄漏点4,密封腔

7、,端盖,2019/1/17,14,3、 原理 通过一系列零件将径向密封转化为轴向密封，在弹 簧和介质压力共同作用下，对由于设备运行所造成的轴 向磨损可以及时补偿，使轴向密封面始终保持贴合。由 于机械密封（轴向密封）在运行中可以对轴向磨损进行 补偿，而填料密封（径向密封）不能对径向磨损进行补 偿，故机械密封比填料密封寿命长。,2、 传动关系 轴或轴套紧固螺钉弹簧座弹簧补偿环 压盖防转销非补偿环,2019/1/17,15,通过冲洗、冷却、过滤、分离等方式进行冷却 和润滑，从而改善密封的工作环境，减少密封的泄 漏量，延长使用寿命。应当把它看作机械密封的组 成部分。,（四）辅助设施,2019/1/17

8、,16,1、 按使用条件分类 （1）高速密封（ZBJ22-001-88：线速度25100m/s）和普通密封 （2）高压和低压密封 （3MPa） （3）高温、常温和低温密封 （150）、（-20 ） （4）泵用、釜用和压缩机用密封 （5）耐腐蚀、抗颗粒机械密封 (包括易聚合的介质) 2、 通常按结构分类 多弹簧、单弹簧密封 旋转式、静止式密封 外装式、内装式密封 外流式、内流式密封,（五）机械密封的种类,2019/1/17,17,（1）旋转式：补偿机构（弹性元件）随轴旋转。 （由于安装方便，普通密封大多采用，但易产生不 平衡，而且消耗搅拌功率，所以不能用于高速） （2）静止式：补偿机构（弹性元件

9、）不随轴旋转。 （用于高速）,（六）旋转式和静止式机械密封（图1-2）,18,2019/1/17,19,（七）内装式和外装式机械密封（图1-3）,2019/1/17,20,（1） 内装式：静环装在压盖内侧，静环端面面向工作腔。 （用于温度、压力较高，腐蚀性不强的场合） （2） 外装式：静环装在压盖外侧，静环端面背向工作腔。 （用于低压、腐蚀性强的场合）,2019/1/17,21,（一般和内装式、外装式一致）,（1）内流式：泄漏方向朝向轴心。（一般密封都采用这 种结构） （2）外流式：泄漏方向朝向离心力方向。（泄漏量大， 只有在压力、温度都不高的腐蚀性介质中用）,（八）内流式和外流式机械密封,2

10、019/1/17,22,（1）多弹簧：（又叫小弹簧，轴向尺寸小，轴向弹力均 匀）宜用于高速，不宜用于腐蚀性介质。 （2）单弹簧：（又叫大弹簧，轴向尺寸大，轴向弹力不 均匀）不宜用于高转速的场合。,（九）多弹簧和单弹簧机械密封,2019/1/17,23,（1）平衡型：载荷系数K1.0 （用于高压场合） （2）非平衡型：载荷系数K1.0 （用于普通压力场合）,（十）平衡型和非平衡型机械密封,介质压力对补偿环的有效作用A面积与端面面积S之比。K=A/S,2019/1/17,24,（1）磁力：系统压力较低时用 （2）波片弹簧、锥形弹簧、螺旋圆柱大弹簧、小弹簧 （3）橡胶波纹管、聚四氟乙烯波纹管、金属波

11、纹管,（十一）补偿机构形式,25,两套密封面对面或背对背安装在一起。（看补偿环） 用于工作介质有毒、易燃、易爆、易挥发、易结晶、高温、低温，或气体、高真空度等场合。 两套密封之间形成一个密封腔，在密封腔中引入封液：堵封、润滑、冷却，选洁净、润滑性好的封液介质。一般封液压力要比介质压力高0.140.41MPa。,（十二）双端面机械密封（图1-4）,26,2019/1/17,27,两套密封沿同一方向布置，密封腔压力逐级降 低用于高压场合。,（十三）串联式机械密封（图1-5）,2019/1/17,28,去掉了补偿环密封圈及其摩擦阻力，补偿环密封圈改 至弹簧座处，补偿环追随性提高，而且避免了补偿环密封

12、 圈因轴串、振动所产生的磨损。 金属波纹管用于高温介质，聚四氟乙烯波纹管用于腐 蚀性介质。,（十四）波纹管机械密封,29,将机械密封、轴套、压盖组合成一个整体。安装时只需固定压盖、轴套，取下定位挡块即可。安装方便，排除了安装不良的影响。（一般挡块厚度为弹簧压缩量，从外部易于观测）,（十五）集装式机械密封（图1-6）,30,二、机械密封的基本零件,（一）对摩擦副密封环的要求,摩擦副密封环是机械密封的主要元件，它在很大程度 上决定了机械密封的性能和寿命。因此，对它有一些基本 要求。,（1）足够的强度和刚度 保证在工作条件（如压力，温度，滑动速度等）下不损 坏，变形小，工作条件波动时影响小。 （2）

13、端面有足够的硬度、耐腐蚀性能确保使用寿命。,31,（3）耐热冲击力 高的导热系数，低的线膨胀系数。 （4）较小的摩擦系数，良好的自润滑性，材料与介质有 很好的浸润性短时间干摩擦，不损伤端面。 （5）易加工，材料成本低,32,（1）一般选择一软一硬的材料配对，软环作窄环，如 YG6/M106K，只有介质含固体颗粒、易结晶、粘度高 时才选用硬对硬。 （2）尽量采用内装、内流式结构，防止机械杂质进入密封 端面，减少泄漏量。 （3）选导热性良好材料作动环。 以利散热，降低端面温度。 （4）环的壁厚不可太薄，以保证整体强度、刚度，也利散 热（导热欠佳的材料，可薄一些）。 （5）动环和轴（轴套）间隙A11

14、（0406）以利补偿 静环和轴（轴套）间隙13mm以免摩擦,（二）摩擦副匹配要考虑的因素,2019/1/17,33,（1）主要决定窄环（软环）宽度，宽环外径窄环外径 0.5，宽环内径窄环内径0.5；,（2）泄漏量与摩擦副端面宽度关系不大,（3）窄的端面摩擦热少，温度梯度小，热变形小，磨损均匀；,（4）从受力角度出发，窄的端面整体强度和刚度差，易损坏 或变形。因此应综合考虑。对于普通密封，端面宽度推 荐值如下：,（三） 密封端面宽度,34,宽系列用于组对性能好（如YG6/M106K、SiC/M106K）、 工况条件好的场合 窄系列用于组对性能欠佳（如YG6/YG6、YG6/青铜）、 饱和蒸气压高

15、、易挥发、颗粒介质，高速机械密封，（对 于轻烃介质，在强度够的情况下，取窄系列）。,2019/1/17,35,（）平面度0.0009，硬质粗糙度0.2，软质0.4，表面不应有裂纹、划伤、气孔、疏松等缺陷。 （）密封环端面与安装辅助密封圈处的平行度、垂直度按 的级精度要求。 （）安装辅助密封圈处粗糙度：3.2，径向尺寸公 差或。 上述要求是对普通机械密封而言，对转速较低的釜用 机械密封可适当放宽标准，对高速机封要求更高。,（四）密封环的主要技术要求,2019/1/17,36,非补偿动环（只旋转，不能补偿，其后无弹性元件。) 补偿动环（既旋转，又作轴向补偿，其后有弹性元件。) （）辅助密封圈受轴向

16、力，轴向、径向都起密封作用，这 种密封方式较为可靠。 （）辅助密封圈只受径向力，易产生老化、冷流变形，从 而导致密封失效。 （）波纹管：无作轴向补偿的辅助密封圈，因此，浮动 性好，密封圈不易失效。,（五）动环（旋转环）,37,非补偿静环（不旋转不补偿）：主要有三种安装方式： 浮装式、托装式、夹固式。 补偿静环（不旋转只补偿）：其辅助密封圈情况和补 偿动环基本一致。,（六）静环(不旋转),38,整体式（用同一种材料制造）、组合式（如镶嵌）、 表面堆焊、表面喷涂,（七）密封环的种类,2019/1/17,39,（八）整体式密封环,各个部位性能均匀一致，最常用的有：石墨、SiC、钴 基硬质合金、镍基硬质合金、NiCr基硬质合金、陶瓷等。,2019/1/17,40,四、机械密封用材料,（一）摩擦副材料要求,摩擦副是机械密封的主要零件，其性能好坏在很大程度上决定密